【文章內(nèi)容簡介】 出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量數(shù)值。模擬量數(shù)值由輸出信號范圍決定，在本課題中模擬輸出的量程選擇為010V的量程范圍。 當設置為0～10V時，數(shù)字輸出范圍為十六進制值0000～1770( 十進制0～6000)相對應于0～10V的模擬量電壓范圍?！Ｘ撾妷河啥M制補碼表示。 0～10V模擬量輸出信號范圍3. 3. 3 模擬輸出模塊的接線 在本系統(tǒng)中DA041模塊要用到兩組模擬輸出端口用以連接變頻器和調(diào)功器的模擬輸入端口，根據(jù)如下圖所示的DA041的端子排列，其中的VOUT1和COM1接調(diào)功器的輸入端，VOUT2和COM2接變頻器的模擬輸入端口。 CPM1ADA041輸出端口示意圖3. 4 溫度傳感器模塊3. 4. 1 CPM1A/CPM2A溫度傳感器單元 CPM2A PLC最多可將3個擴展單元或擴展I/O單元與CPU單元相連接。這些單元中可有1個，2個，或3個CPM1ATS001或CPM1ATS102溫度傳感器單元。如果一個CPM1ATS102溫度傳感器單元與CPU單元相連接，這時只能再連接一個其它的擴展單元或擴展I/O單元，這個單元可以選擇CPM1ATS001/TS101溫度傳感器單元。每個CPM1ATS102溫度傳感器單元提供4個輸入點，因此在一個CPM2A PLC上最多可以有6個溫度輸入點可供使用。 CPM1ATS102模塊性能規(guī)格項目CPM1ATS102溫度傳感器鉑電阻溫度計可在Pt100和JPt100間選擇，但所有輸入只能使用同一種類型,單元是通用的輸入個數(shù)4最大單元數(shù)4精度最高為（轉(zhuǎn)換值的177。％以上或177?！妫?77。1位轉(zhuǎn)換時間2個或4個輸入點時需250ms轉(zhuǎn)換溫度數(shù)據(jù)16位二進制數(shù)（4位十六進制數(shù)）絕緣方式在所有溫度輸入信號之間采用光電耦合器使用環(huán)境溫度055℃使用環(huán)境濕度1090%（不結(jié)露）3. 4. 2 CPM1A/CPM2A溫度傳感器單元的分配 與其它擴展I/O單元和擴展單元一樣，分配給溫度傳感器單元的字的順序與所連接單元的順序一致。因此，分配給溫度傳感器的字位于分配給所連接的前一個單元（CPU單元或其它單元）的輸入字的下一個字。 只能在CPU單元上安裝一個4輸入的溫度傳感器單元（CPM1ATS102，分配4個字）。然而，對安裝順序沒有限制。4輸入的溫度傳感器（分配4個字）：CPM1ATS102字的分配方式為給每個CPM1ATS102分配4個字（一個輸入分配一個字）。3. 4. 3 設置溫度范圍 溫度單位，即小數(shù)部分的位數(shù)，和溫度輸入范圍可通過溫度傳感器上的DIP開關(guān)和旋轉(zhuǎn)開關(guān)設置。 溫度設置示意圖DIP開關(guān)用于設置溫度單位（℃或）和小數(shù)部分的位數(shù)。在本課題中溫度單位設置為OFF，即單位取攝氏度，小數(shù)部分位數(shù)設置為OFF，即取小數(shù)點后一位。 DIP開關(guān)設置示意圖 CPM1ATS102溫度單位與精度撥碼開關(guān)參數(shù)SW設置1溫度單位OFF℃ON℉2小數(shù)部分位數(shù)OFF常規(guī)（小數(shù)點后0位或1位，由輸入范圍決定）ON位小數(shù)模式（例如：） 旋轉(zhuǎn)開關(guān)用于設置溫度范圍。在本課題中，根據(jù)溫度傳感器的選型，選擇開關(guān)設置為0。 CPM1ATS102溫度量程旋鈕參數(shù)設置CPM1ATS102輸入類型范圍（℃）范圍（℉）0Pt100–～–～1,1JPt100 –～–～1,4～F無效設置3. 4. 4 連接溫度傳感器單元 與其它擴展I/O單元和擴展單元一樣，分配給溫度傳感器單元的字的順序與所連接單元的順序一致。因此，分配給溫度傳感器的字位于分配給所連接的前一個單元（CPU單元或其它單元）的輸入字的下一個字。 既可連接Pt100鉑電阻溫度計，也可連接JPt100鉑電阻溫度計，但所連接的2個溫度計必須是同一類型，并且輸入范圍也必須一樣。 CPM1ATS102與測溫電阻體接線示意圖 溫度傳感器3. 5. 1 溫度傳感器綜述 溫度傳感器就是利用各種物質(zhì)的物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。當有兩種不同的導體和半導體A和B之間組成的一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為TO，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。3. 5. 2 溫度傳感器選型依據(jù)溫度傳感器的制作材料不同，現(xiàn)在市場上的溫度傳感器型號也是種類繁多。一般情況下，根據(jù)制作材料的劃分，最常用的溫度傳感器主要有：（1）熱電阻式，主要是由一種特定的金屬材料（如鉑）制作而成。其測溫工作范圍一般為200℃～+850℃，其工作優(yōu)點為測溫范圍寬、適用高溫，缺點是體積較大、成本較高；（2）熱電偶式，由兩種特定的金屬材料（如銠、鉑等）組合而成。其測溫工作范圍一般為180℃～+2300℃，其工作特點與熱電阻式相同；（3）半導體溫度傳感器，其溫度傳感器主要工作原理就是根據(jù) PN 結(jié)正向電壓和溫度之間的關(guān)系來進行溫度檢測。相對于其它傳感器其工作優(yōu)點具有靈敏度高、線性度好、響應速度快、尺寸小，使用方便等，其缺點就是測溫范圍?。唬?）NTC 熱敏電阻，主要是由過渡元素（比如 錳、鈷、銅、鐵等元素）中的金屬氧化物的中 24 種組成，并且采用陶瓷工藝燒結(jié)而成的。在本課題中，溫度傳感器采用熱電阻式傳感器，因為根據(jù)所選用的歐姆龍CPM1ATS102的技術(shù)手冊，該溫度模塊支持熱電阻式PT100傳感器，且最高溫度不超過100攝氏度，所以選擇PT100鉑熱電阻傳感器，其電阻值會隨著溫度的變化而改變。PT100熱電阻傳感器在0攝氏度的時候電阻值為100歐姆，其工作原理為當PT100在0攝氏度的時候的電阻值為100歐姆，它的電阻值隨著溫度的上升和下降成勻速增長或減少熱電阻傳感器的靈敏度高，穩(wěn)定性強，互換性以及準確性都比較好。 本課題所選用PT100熱電阻性能參數(shù)分度號PT100引線長度2M管直徑7MM安裝螺紋M12長度200MM溫度量程200℃500℃3. 6 MCGS觸摸屏綜述 本課題的選用北京昆侖通態(tài)的TPC1062K作為觸摸屏，該產(chǎn)品能滿足現(xiàn)場高處理速度、數(shù)據(jù)存儲安全等要求，可以更為直觀的實現(xiàn)本系統(tǒng)中實時溫度監(jiān)控、工作狀態(tài)顯示，還可以更為方便地進行啟動，停止，設定溫度輸入等操作。 MCGS觸摸屏TPC1062K性能規(guī)格項目參數(shù)液晶屏TFT液晶顯示，真彩（LED背光），分辨率（800480），65535色觸摸屏方式電阻式供電方式24V DC長度200MM溫度量程200℃500℃CPU主板ARM低功耗CPU，400MHz主頻 內(nèi)存64M SDRAM存儲設備128M FLASH串口1RS231RS485USB端口1主1從工作溫度10℃~60℃操作系統(tǒng)嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)（中文版）組態(tài)軟件MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）3. 7 總體硬件接線3. 7. 1 PLC及其擴展模塊的接線 CPM2AH的接線：采用220V AC電源供電，電源線分別接PLC的L火線和N零線。在程序下載到PLC過程中，通訊口用RS232線連接電腦端。在實際系統(tǒng)運行過程中，通訊口用RS232線連接MCGS觸摸屏。輸入部分為系統(tǒng)操作和設定按鈕，輸出部分則連接攪拌器、風扇、水泵等各個電機的繼電器。 CPM1ATS102的接線：兩個PT100熱電阻溫度傳感器分別接在TS102的LOOP0和LOOP1接口，PT100相同顏色的兩根線接在B端口，另一根不同顏色接在A端口。 MCGS觸摸屏接線：采用24V DC供電，USB接口連接電腦，用以從電腦端下載制作的組態(tài)界面和通信設置，RS232接口連接PLC，用于實際運行時的通信。CPM1ADA041的接線：DA041的輸出端口VOUT1和COM1接于調(diào)功器上，用以輸出模擬量的010V的電壓。 PLC接線圖3. 7. 2 電控系統(tǒng)接線 冷卻風扇、水泵、攪拌器和加熱器均采用380V三相交流電源供電(電源端串接FU熔斷器進行過流保護），并且分別通過KMKMKM3和KM4接觸器來控制通斷，DA041輸出的兩路010V電壓分別接變頻器和調(diào)功器的輸入端，來控制冷卻風扇和加熱器。 電控系統(tǒng)主電路圖 輸入輸出信號器件代號信號類型器件代號功能說明輸入信號SB1手動操作SB2設定溫度值輸入SB3溫度上下限輸入SB4PID參數(shù)輸入SB5總電源啟動SB6總電源停止SB7啟動SB8停止SB9手動水泵SB10手動加熱器SB11手動攪拌器SB12手動冷卻風扇輸出型號KM1冷卻風扇接觸器KM2水泵接觸器KM3攪拌器接觸器KM4加熱器接觸器HL1加熱運行指示燈HL2冷卻指示燈HL3兩傳感器相互溫差過大HL4總電源指示燈HL5運行指示燈4 系統(tǒng)軟件設計PLC控制系統(tǒng)的設計主要包括硬件設計和軟件設計兩部分，前一章的分析，我們可以了解整個溫度控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及設計思路，在硬件基礎(chǔ)上，本章主要詳細介紹本項目的軟件設計，主要包括軟件設計的基本步驟、方法、編程軟件的CXPROGRAMMER介紹以及本項目的程序設計、編譯及軟件調(diào)試進行分析。4. 1系統(tǒng)設計軟件可編程控制器編程軟件CXProgrammer 。CXProgrammer 對應歐姆龍的CP系列 PLC， CS1系列等 PLC的編程、調(diào)試和維護程序的工具。它是一個支持PLC設備和地址信息、 歐姆龍PLC和這些PLC支持的網(wǎng)絡設備進行通信的方便工具。CXProgrammer 提供了一個生成工程文件的功能，此工程文件包含按照需要生成的多個PLC，對于每一個PLC，可以定義梯形圖、地址和網(wǎng)絡細節(jié)、I/O、內(nèi)存、擴展指令（在本系統(tǒng)PID就是需要擴展的指令）和符號。統(tǒng)一的WINDOWS平臺易于操作，可以使用各種工具可同時在不同程序之間粘貼或剪切程序語句和其他數(shù)據(jù)。易于使用的WINDOWS工具將毫不費力地開始設計和開發(fā)工作。符號化編程功能使編程標準化，符號編程功能使在編程時使用I/O名稱而不必考慮其位和地址的分配成為可能。從而帶I/O名稱的程序只需在CXProgrammer軟件上移動即可用于其他的系統(tǒng)。4. 2編程設計思路基于系統(tǒng)的硬件設計，本系統(tǒng)可實現(xiàn)下述控制要求：（1） 系統(tǒng)的全程自動運行；（2） 可以自行輸入要求控制到設定溫度值、溫度上限、溫度下限、兩傳感器相互允許最大溫差；（3） 檢測傳感器是否發(fā)生開路，輸入溫度是否出錯，如果發(fā)生上述情況，系統(tǒng)報警，并且停止運行；（4） 檢測輸入溫度是否超過設定的上下限和兩傳感器相互允許最大溫差，如果超過，系統(tǒng)報警；（5） 當檢測到輸入溫度超過設定溫度時，啟動冷卻風扇和水泵，使得水溫下降；（6） 當檢測到輸入溫度低于設定溫度時，啟動加熱器和攪拌器，使得水溫上升；（7） 系統(tǒng)同時也可以切換到手動操作，可分別對加熱器、攪拌器、冷卻風扇、水泵進行操作。根據(jù)上述控制要求，PLC的基本設計思路是：首先控制系統(tǒng)的啟動、停止操作部分編寫，系統(tǒng)啟動后，兩個溫度傳感器分別負責檢測加熱爐中上部和下部的溫度，采集檢測到的溫度，經(jīng)過BCD轉(zhuǎn)換后，變成實際的溫度值。輸入溫度設定值，以及溫度上下限，并進行兩個溫度輸入相互溫差檢測，和是否超過設定上限值和低設定下限值的判斷。然后輸入PID參數(shù)，進行PID閉環(huán)串級控制運算，當?shù)陀谠O定值的情況下，根據(jù)PID輸出值來控制調(diào)功器的輸出電功率來控制爐內(nèi)加熱器，當高于設定值的情況下，根據(jù)PID輸出值來控制變頻器來控制冷卻風扇的轉(zhuǎn)速，以此實現(xiàn)對爐溫控制調(diào)節(jié)的目的。下圖為總體程序控制流程圖。 程序流程圖概述PLC的輸入部分分為00CH輸入通道、DM寄存器寫入、溫度輸入這三部分，00CH通道內(nèi)為基本的系統(tǒng)的啟動、停止、溫度設定按鈕、PID參數(shù)輸入按鈕。DM寄存器內(nèi)為設定的溫度值、溫度上下限、PID的比例、積分、微分等參數(shù)。溫度輸入為溫度傳感器CPM1ATS102的前兩個地址位。PLC的輸出部分為系統(tǒng)控制和系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈這兩部分。系統(tǒng)控制部分分配在10CH通道內(nèi)，以控制各設備繼電器的通斷，模擬輸出的地址分配在模擬輸出模塊CPM1ADA041的前兩個通道內(nèi)。由于系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈過多，CPM2A輸出10CH和11CH總共只有16個通道，分配起來比較困難，所以一部分次要的系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)的指示燈分配在中間繼電器內(nèi)，主要的運行狀態(tài)指示燈 分配在11CH通道內(nèi)。 I/O分配表輸入地址輸出地址溫度設定按鈕冷卻風扇繼電器溫度上下限設定按鈕水泵繼電器PID參數(shù)輸入按鈕加熱器繼電器總電源按鈕攪拌棒繼電器停止按鈕超過溫度上限1啟動按鈕超過溫度下限1中途停止按鈕超過溫度上限2設定溫度寄存器DM0001超過溫度下限2設定溫度上限寄存器DM0002溫度高于設定值1設定溫度下限寄存器DM0003溫度低于設定值1設定比例寄存器DM0011溫度高于設定值2設定積分寄存器DM0012溫度低于設定值2設定微分寄存器DM0013總電源指示燈溫度輸入16啟動指示燈溫度輸入27開路報警1手動切換輸入溫度出錯1手動加熱器開路報警2手動攪拌器輸入溫度出錯2手動水泵